《物联网技术与应用导论 战略性新兴产业系列丛书——物联网 教学课件 ppt 作者 暴建民 第2章 RFID技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物联网技术与应用导论 战略性新兴产业系列丛书——物联网 教学课件 ppt 作者 暴建民 第2章 RFID技术（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 RFID技术,2.1 RFID概述,2.1.1 RFID的概念 无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）也称为射频识别，它是一种新兴的自动识别技术。 RFID是指利用电磁波的反射能量进行通信的一种技术。,RFID可以归入短距离无线通信技术，与其他短距离无线通信技术如WLAN、蓝牙、红外、ZigBee及UWB相比最大的区别在于RFID的被动工作模式，即利用反射能量进行通信。,射频识别（RFID）技术采用大规模集成电路计算、电子识别、计算机通信等技术，通过读写器和安装于载体上的RFID标签，能够实现对载体的非接触的识别和数据信息交换。,2.1.
2、2 RFID技术的发展历史,RFID技术最早起源于雷达技术的发展及应用，其历史可追溯到20世纪初期。 雷达发射无线电波并通过接收到的目标反射信号来测定和定位目标的位置及其速度，其物理机制是 RFID 技术的工作基础。,2.1.3 RFID技术的发展现状,作为21世纪10大重要技术之一，RFID在国外的应用已经越来越普及，新加坡、韩国等国家都明确指出要重点发展射频识别技术及扩大其应用。 中国是世界生产中心之一和最具潜力的消费市场，对RFID的应用需求也将越来越强烈。,目前我国的射频识别技术以低频和高频应用为主，主要用于第2代身份证和智能交通卡等项目。 我国在超高频芯片的研发上比较薄弱，不过，政府
3、非常重视超高频标准的制定和芯片的研发。,中国国家无线电管理局正式颁布实施无线电频率方面的规定，为RFID 技术在我国的发展提供了法律保障。 目前RFID在我国的发展远远落后于美国及欧洲，国内企业的市场占有率很低，还有很大的提升空间。,我国己经开始尝试在一些领域应用RFID技术。 比如佛山市政府安装了RFID系统用于自动收取路桥费，明显地提高了车辆通过率，缓解了公路的拥堵瓶颈。 再比如邮政行业在进行物品传输方面的安全及整体数据模型的应用测试。,同时，EPC Global China也建立了中国测试中心，其主要服务方向包括国内产品进入国外市场，国外产品进入中国市场。 中国标准化协会EPC和物联网应
4、用标准化工作组还会在汽车行业、航空行业、石化、汽油、酒业、金融行业、零售行业、药品管理、医院管理等方面进行应用示范。,2.1.4 RFID技术的特点,1耐环境性 2可反复使用 3数据读写方便 4安全性,2.1.5 RFID的工作原理,RFID系统由RFID标签、阅读器、天线、数据传输及处理系统组成。 最常见的是被动射频系统，当附有RFID电子标签的物体接近阅读器时，阅读器将发射微波查询信号。,而电子标签收到读写器的查询信号后，会将此信号与标签中的数据信息合为一体反射回读写器，反射回的微波合成信号，已带有电子标签上的数据信息，读写器接收到标签返回的微波信号后，经读写器内部微处理器处理后可将标签内
5、储存的信息读取出来。,在主动射频系统中，标签中装有电池并可在有效范围内被识别。 RFID系统能识别高速运动物体，还可同时识别多个电子标签，操作快捷方便。 RFID工作原理如图2-1所示。,图2-1 RFID工作原理,2.2 RFID的系统组成,最基本的RFID系统由RFID标签、天线和阅读器组成，如图2-2所示。 大部分的RFID系统还要有数据传输和处理系统，用于对阅读器发出命令以及对阅读器读取的信息进行处理， 以实现对整个系统的控制管理。,图2-2 RFID的系统组成,2.2.1 RFID标签,RFID标签俗称电子标签，也称应答器（Tag，Transponder，Responder）。 电子
6、标签中存储有能够识别目标的信息，由耦合元件及芯片组成，有的标签内置有天线，用于和射频天线间进行通信。,标签中的存储区域可以分为两个区，一个是ID 区每个标签都有一个全球唯 一的ID号码，即UID，UID是在制作芯片时放在ROM 中的，无法修改。,这个ID通常为64bits、96bits甚至更高，其地址空间大大高于条码所能提供的空间，因此可以实现单品级的物品编码。 另一个是用户数据区，是供用户存放数据的，可以进行读写、修改、增加的操作。,1条码与RFID标签主要性能比较,条码与RFID标签主要性能比较如表2-1所示。,表2-1 条码与RFID标签主要性能比较表,2RFID标签的组成和工作原理,R
7、FID标签（应答器）组成部分包括：天线、编/解码器、电源、解调器、存储器、控制器以及负载电路。,RFID标签（应答器）的基本工作原理是：从阅读器传来的控制信息经过天线单元，编/解码单元进行解调和解码传输到控制器，由控制 器来完成控制指令所规定的操作。,从阅读器传来的数据信息同样要经过解调和解码后，由控制器完成对数据信息的写入操作。 相反，如果从RFID标签传送信息到阅读器，状态数据在CPU的控制下从存储器中取出经过编码器和负载调制单元发送到阅读器。,3RFID标签的分类,依据不同的标准，我们可以对RFID 标签进行分类。 （1）按标签供电方式分类 按标签供电方式可以分为无源RFID、半有源RF
8、ID和有源RFID 标签3线类。,（2）按标签工作频率分类,RFID系统的工作频率一般是指读写器发送无线信号时所使用的频率，基本上划分为4个范围：低频（30300 kHz）、高频（330 MHz）、超高频（300 MHz3 GHz）和微波（2.45 GHz以上）。,（3）按标签工作模式分类,按标签工作模式可以分为主动式、被动式与半主动式等。,（4）按标签封装的形状分类,根据应用场合、成本与环境等因素的影响，RFID标签可以被制作成各种各样的形状，如，可以粘贴在标识物上的薄膜型自粘贴式标签，可以让用户携带的信用卡式标签，能够固定在车辆或集装箱上的柱型标签，可作为动物耳标的扣式标签，封装在玻璃管中
9、的植入式标签等。,2.2.2 天线,天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或辐射出去的装置，是电路与空间的界面器件，用来实现导行波与自由空间波能的转化。 在RFID系统中，天线分为电子标签天线和阅读器天线两大类，分别承担接收能量和发射能量的作用。,目前的RFID系统主要集中在LF、HF（13.56MHz）、UHF（860960MHz）和微波频段。,天线应有以下功能。 （1）天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统，其次要求天线与发射机或接收机匹配。,（2）天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上，或对确定方向的来波最大限度地接收，即具有方向性。,
10、（3）天线应能发射或接收规定极化的电磁波，即天线有适当的极化。 （4）天线应有足够的工作频带。,1天线的分类 2天线的性能参数 （1）天线方向性 （2）增益 （3）波瓣宽度 （4）前后比 （5）天线的极化,3天线的类型,（1）近场天线 （2）远场天线 偶极子天线 微带贴片天线,图2-3 微带贴片天线的示意图,2.2.3 阅读器,阅读器也称读写器、询问器（Reader，Interrogator），是对RFID标签进行读/写 操作的设备，可分为手持式和固定式两种， 阅读器对标签的操作有3类：识别读取UID， 读取用户数据，写入用户数据。,1阅读器的工作原理,RFID阅读器的原理组成如图2-4所示，
11、主要包括基带模块和射频模块两大部分。 其中，基带模块部分包括基带信号处理、应用程序接口、控制与协议处理、数据和命令收发接口及必要的缓冲存储区等；射频模块可以分为发射通道和接收通道两部分，主要包括射频信号的调制解调处理、数据和命令收发接口、发射通道和接收通道、收发分离（天线接口）等。,图2-4 RFID阅读器工作原理,2RFID阅读器分类,按通信方式来分类，RFID阅读器可以分为阅读器优先和RFID标签优先两类。,按传送方向上分类，RFID阅读器可以分为全双工和半双工。 按应用模式分类，可以分为固定式阅读器、便携式阅读器、一体式阅读器和模块式阅读器。,3读写器的选择,购买阅读器设备时除了要了解所
12、部署的RFID系统对阅读器的要求外，还要了解阅读器的特点。 要根据自己在供应链中所处的位置，以及安装RFID阅读器的目的和位置来确定阅读器的型号。,选择正确的阅读器对成功实施其他各项工作具有关键性的作用。 如果阅读器购买策略选择合理可以达到事半功倍的效果。,（1）根据功能多少的选择 （2）根据频率频段的选择 （3）根据应用环境选择,2.2.4 数据传输及处理系统,数据传输及处理系统也是关系到 RFID 能否顺利推广的关键环节，用于对阅读器发出命令以及对阅读器读取的信息进行处理 ，以实现对整个系统的控制管理。,只有把 RFID 系统与用户的实际系统和需求结合起来，并通过数据管理软件进行处理和分析
13、由 RFID系统产生的 大量的数据，才能提供对用户真正有用的信息，让用户体会到应用 RFID 带来的好处。,目前，虽然国内系统集成商有一定的大型系统集成能力，但主要使用的还是国外的产品。 国内的 ERP 软件开发商也开始进行了 RFID 软件模块的开发，并准备进行大型的实验。 但在系统集成和软件开发这两个方面，与国外相比，仍有一定的差距。,2.3 RFID技术标准化,RFID技术要想大规模运用，标准成为首当其冲要解决的问题。 RFID 技术的标准体系主要包括应答器与读写器之间的空中接口规范、物理特性、读写协议、编码体系、应用规范、测试规范、数据安全和应用管理等方面。,标准化是推动产品广泛获得市
14、场接受的必要措施，但目前，RFID还未形成统一的全球化标准，呈现一片多种标准共存的局面。,在行业标准方面，全球有三大RFID标准阵营：欧美的全球产品电子代码（Electronic Product Code global，EPC Global）、日本的Ubiquitous ID和国际标准化组织的ISO/IEC 18000。,各个标准体系不但编码体系不尽相同，频率的使用也不同，即使同一频段，在空中接口、实现方法上也有差异，再加上各国无线电管理差异，预留的RFID使用频段根本不可能一致，也就是说三个标准互不兼容，给RFID全球化应用带来了重重困难。,1ISO标准体系,国际标准化组织（ISO）以及其他
15、国际标准化机构如国际电工委员会（IEC）、国际电信联盟（ITU）等是RFID国际标准的主要制定机构。 大部分RFID标准都是由ISO（或与IEC联合组成）的技术委员会（TC）或分技术委员会（SC）制定的。,RFID领域的ISO标准可以分为以下 4大类。 （1）技术标准（如射频识别技术、IC卡 标准等）。 （2）数据内容与编码标准（如编码格式、语法标准等）。,（3）性能与一致性标准（如测试规范等标准）。 （4）应用标准（如船运标签、产品包装标准等）。,2EPC Global 编码体系,EPC Global 系统是基于全球统一物品标识系统（EAN-UCC，EAN是国际物品编码协会的简称，UCC 是
16、美国统一代码委员会的简称）的编码系统。,作为产品与服务流通过程信息的代码化表示，EAN-UCC 编码具有一整套涵盖了贸易流通过程各种有形或无形的产品所需的全球唯一的标识代码，包括贸易项目、物流单元、位置、资产、服务关系等标识代码。,EAN-UCC 标识代码随着产品或服务的产生在流通源头建立，并伴随着该产品或服务的流动贯穿全过程。 EAN-UCC标识代码是固定结构、无含义、全球唯一的全数字型代码。,3Ubiquitous ID 编码体系,日本的Ubiquitous ID 最基本元素是赋予现实世界中任何物理对象唯一的泛在识别号（UCODE）。,它具备128 位的充裕容量，提供了340 1036 编码空间，更可以以128 位为单元进一步扩展至256、384 或512位。 UCODE的最大优势是能包容现有编码体系的元编码设计，可以兼容多种编码，包括JAN、UPC、ISBN、IPv6 地址甚至电话号码。,三大系列中，唯有EPC global系列标准实力最为强劲。 相对于国外在 RFID方面的标准发展，我国在这方面起步较晚。,我国政府于2004
